Cách thực hiện phương pháp nối đất bảo vệ

a) Bảo vệ nối đất.

·      Nối đất là sự chủ định nối điện các bộ phận của thiết bị điện với hệ thống tiếp đất (tiếp địa).

·      Các dạng tiếp địa:

o   Nối đất để giảm điện áp đối đất của những bộ phận kim loại thiết bị điện đến một trị số an toàn đối với người (nối đất an toàn).

o   Nối đất với mục đích xác định chế độ làm việc của thiết bị điện (nối đất công nghệ). VD: nối đất trung tính máy biến áp, máy phát điện, ...

o   Nối đất chống sét.

o   Nối đất chống nhiễu.

o   ...

·      Mục đích nối đất là để đảm bảo an toàn cho người lúc chạm vào các bộ phận có điện áp.

·      Khi cách điện bị hư hỏng:

o   phần kim loại của thiết bị điện bị áp đặt điện áp; những bộ phận này bình thường không mang điện, nhưng do cách điện bị chọc thủng nên có thể có điện áp xuất hiện trên chúng.

o   các máy móc công cụ không làm việc nay có điện áp;

o   người vô tình chạm vào chúng có thể bị tổn thương do dòng điện gây nên.

·      Hệ thống nối đất bao gồm:

o   các thanh nối đất (cọc tiếp địa), và:

o   dây dẫn nối đất (nối máy vào cọc tiếp địa).

Link tham khảo :http://sgtt.vn/Kien-truc-doi-song/Chi-tiet/127430/Tieu-chuan-noi-dat-la-bat-buoc-nhung-chua-duo%CC%A3c-thuc-hien-day-du.html

Hệ thống tiếp địa.

Nối đất riêng lẻ cho từng thiết bị là rất nguy hiểm, phải nối chung lại thành một hệ thống.

Giả thiết thiết bị điện được nối vào mạch điện một pha hay mạch điện một chiều, vỏ thiết bị được nối vào cọc tiếp đất.

Link tham khảo :

http://www.binhminh.vn/index.php/mod,news/task,detail/id,136/Quy-trinh-noi-dat---noi-khong/ 

http://dien-congnghiep.com/ho-tro-ky-thuat/508-quy-pham-trang-bi-dien-chuong-i-7.html

Hình 5.1. Bảo vệ nối đất trong mạng điện lưới hai dây.

Người có điện dẫn khi chạm vào vỏ thiết bị có dòng điện bị chọc thủng sẽ tạo thành mạch mắc song song điện dẫn người  với điện dẫn nối đất của máy  và điện dẫn của dây điện lưới 1 :

 ;

đồng thời, so với đất, mạch này mắc nối tiếp với điện dẫn của dây điện lưới 2  ().

Khi đó điện dẫn tổng mạch điện sẽ là:

.

Điện áp đặt vào người được xác định:

.

Dòng điện đi qua người (nếu bỏ qua được , ,  vì chúng rất bé so với ) sẽ là:

.

Từ hình.4.1 ta thấy là hệ thống tiếp địa tap trung đạt yêu cầu an toàn khi:

Khi trị số  bé, hệ thống nối đất chỉ đem lại nguy hiểm khi một trong các thiết bị bị chọc thủng cách điện qua vỏ thì toàn bộ thế hiệu nguy hiểm sẽ đặt vào hệ thống nối đất.

Kết luận.

·      Muốn giảm trị số dòng điện qua người thì có thể:

o   hoặc giảm điện dẫn của người ;

o   hoặc giảm điện dẫn cách điện của dây dẫn ,

o   hoặc tăng điện dẫn của vật nối đất .

Việc tăng điện dẫn của vật nối với hệ tiếp địa là dễ dàng đơn giản, có thể thực hiện được.

·      Ý nghĩa của nối đất ở đây là tạo nên giữa vỏ thiết bị và đất một mạch điện có độ dẫn điện lớn hơn điện dẫn người, để cho dòng điện đi qua người khi chạm vào vỏ thiết bị trở nên không nguy hiểm.

·      Điều kiện an toàn có thể thực hiện bằng hai cách:

o  Giảm dòng điện  bằng cách tăng cách điện của mạng điện.

o  Giảm điện trở nối đất  bằng cách dùng nhiều cọc tiếp địa cắm trong đất có điện dẫn lớn.

Hình 5.2. Sơ đồ bảo vệ nối đất cho mạng điện áp dưới 1000[V] có trung tính nối đất.

Hình 5.3. Sơ đồ tiếp đất bảo vệ kiểu IT:

1). Bộ phận kiểm tra thường xuyên cách điện; 2). Thiết bị giới hạn quá điện áp (chống sét).

b). Bảo vệ nối dây trung tính.

·      Bảo vệ nối dây trung tính (nối đất công nghệ) tức là nối các bộ phận không mang điện (vỏ thiết bị điện) với dây trung tính, dây trung tính này được nối đất ở nhiều chỗ.

·      Trong lưới điện 3 pha 4 dây điện áp thấp 380/220 [V] và 220/110 [V], nếu dây trung tính nối đất, thì sử dụng dây trung tính của các mạng điện này trực tiếp làm bảo vệ nối đất.

·      Ý nghĩa của việc thay thế này là xuất phát từ chỗ bảo vệ nối đất dùng cho mạng điện dưới 1000[V] khi trung tính có nối đất không đảm bảo điều kiện an toàn.

·      Tiếp đất bảo vệ.

Hình 5.4. Sơ đồ bảo vệ nối dây trung tính.

Cơ sở của bảo vệ nối đất cho mạng điện:

Hình 5.2 vẽ sơ đồ bảo vệ nối đất cho mạng điện dưới 1000[V]. Lúc cách điện của thiết bị bị chọc thủng, vỏ sẽ cho dòng điện đi vào đất tính theo biểu thức gần đúng:

 ;

ở đây: U - điện áp pha của mạng điện;  - điện trở của thanh nối đất;  - điện trở nối đất làm việc.

Trị số dòng điện này lúc điện áp dưới 1000[V] không phải lúc nào cũng đủ để cho dây cháy của cầu chì bị cháy hay làm cho bảo vệ tác động cắt chỗ bị hư hỏng.

VD: Mạng điện 380/220[V], có.Khi cách điện của thiết bị bị chọc thủng, dòng điện đi qua đất sẽ là:

 [A].

Với trị số dòng điện ngắn mạch định mức như vậy, dây cầu chì bảo vệ phải làm việc cắt nhanh chỗ bị hư hỏng (cháy dây chì) khi dòng điện bé hơn (22,5) lần dòng điện định mức:

.

Nếu dòng điện nói trên tồn tại lâu thì trên vỏ thiết bị có điện áp:

.

Nếu , điện áp ngắn mạch  có trị số bằng nửa điện áp pha U và ở điều kiện khác còn có thể có trị số lớn hơn.

Giảm điện áp này đến mức độ an toàn bằng cách chọn đúng sự tương quan giữa  và :

;

ở đây: số 40 là điện áp giáng trên vỏ thiết bị nếu xảy ra chạm vỏ 40 [V].

Theo quy định thì điện trở tiếp địa của mạng điện có điện áp bé hơn 1000[V] phải cỡ  = 4[]; dòng điện đi qua vỏ thiết bị vào đất có trị số lớn nhất là 10 [A]. Vì thế điện áp giáng trên vỏ thiết bị nếu xảy ra chạm vỏ là [V].

Tuy nhiên, cần phải chú ý là khi xảy ra chạm vỏ thiết bị một pha, điện áp của hai pha còn lại đối với đất có thể tăng lên đến trị số không cho phép. Với mạng điện 380/220 [V] điện áp này bằng 347 [V]. Nếu có thể tăng dòng điện  đến trị số nào đấy để bảo vệ có thể cắt nhanh chỗ sự cố thì mới đảm bảo được an toàn. Biện pháp đơn giản nhất là dùng dây dẫn nối vỏ thiết bị với dây trung tính. Mục đích nối dây trung tính là biến sự chạm vỏ thiết bị thành ngắn mạch một pha để bảo vệ làm việc cắt nhanh chỗ bị hư hỏng.

Phạm vi ứng dụng bảo vệ nối dây trung tính.

·  Nối dây trung tính.

Hình 5.5. Bảo vệ nối đất dây trung tính kiểu TN-C.

Bảo vệ nối dây trung tính dùng cho mạng điện 4 dây, điện áp bé hơn 1000[V] có trung tính nối đất không phụ thuộc vào môi trường xung quanh.

Với mạng điện 4 dây, cấp điện áp 220/127 [V], thì việc bảo vệ nối dây trung tính chỉ cần thiết trong các trường hợp như xưởng đặc biệt về mặt an toàn; thiết bị đặt ngoài trời, ...

Ngoài ra với điện áp 220/127 [V] cũng bảo vệ nối dây trung tính cho các chi tiết bằng kim loại mà người hay chạm đến như tay cầm, tay quay, vỏ động cơ điện nếu chúng nối trực tiếp với các máy phay, bào, tiện, ...

c). Bảo vệ chống sét.

Sét là hiện tượng phóng điện trong khí quyển giữa đám mây dông mang điện tích với đất hoặc giữa các đám mây dông mang điện tích trái dấu nhau. Điện áp giữa mây dông và đất có thể đạt tới trị số hàng vạn vôn thậm chí hàng triệu vôn, còn dòng điện sét từ hàng chục ngàn ampe đến hàng trăm ngàn ampe, trị số cực đại của dòng điện sét đạt đến (200300)[kA]. Khoảng cách phóng điện thay đổi trong phạm vi từ một vài tới hàng chục kilomet.

Ở nước ta, số ngày có giông sét, mật độ sét như sau:

o  Số ngày giông trung bình là (4461,6) [ngày/năm].

o  Mật độ sét trung bình là      (3,36,47) [lần/, năm]

Vùng sét hoạt động là:

o   đồng bằng ven biển Bắc bộ.

o   miền Núi và Trung du Bắc bộ.

o   đồng bằng Nam bộ.

o   ven biển và cao nguyên Trung bộ.

Con đường đi qua của sét có thể làm thiệt hại cho tài sản của con người trên mặt đất:

o   Sét đánh thẳng vào công trình.

o   Sét xâm nhập qua thiết bị anten.

o   Sét xâm nhập qua các đường dây treo nổi.

o   Sét xâm nhập qua đường cáp đặt ngầm.

o   Sét xâm nhập qua cáp nối giữa các thiết bị.

o   Sét xâm nhập qua các mạch cung cấp điện cho các thiết bị viễn thông.

o   Sét xâm nhập qua hệ thống tiếp đất và các điểm đấu chung.

o   Sét vạch “Đám mây-Đất”.

o   Sét vạch “Đám mây-Lớp khí quyển phía trên”

o   Sét vạch bên trong đám mây.

o   Sét vạch “Đám mây–Đám mây”.

o   ...

Tác hại. Sét có thể gây thương tích bằng những cách thức sau:

·      Sét đánh thẳng vào vị trí nạn nhân từ trên đám mây xuống. Theo thống kê thì sét đánh thẳng là nguy hiểm nhất, cứ 10 người bị sét đánh thẳng thì 8 người chết.

·      Khi nạn nhân đứng cạnh vật bị sét đánh, sét có thể phóng qua khoảng cách không khí giữa người và vật, trường hợp này gọi là sét đánh tạt ngang. Sét đánh tiếp xúc hay tạt ngang cũng rất nguy hiểm. Khi sét đánh xuống cây, thì một tia sét có thể giết chết ngay vài người xung quanh. Độ nguy hiểm phụ thuộc vào bản chất của vật bị sét đánh và vị trí tương đối đối với nạn nhân.

·      Điện thế bước, khi người tiếp xúc với mặt đất ở một vài điểm sét lan truyền trên mặt đất. Đó là bởi trong một số trường hợp, năng lượng tia sét không tiêu tán ngay tại chỗ mà truyền theo mặt đất và khi nạn nhân đứng tren đường truyền đó có thể bị liệt. Thường thì điện thế bước chỉ gây những hiệu ứng tạm thời, ít khi để lại hậu quả, thương vong do điện thế bước có nhẹ hơn. Trường hợp tồi tệ thì nạn nhân sẽ bị vấn đề với việc đi lại sau này.

·      Sét đánh khi nạn nhân tiếp xúc với vật bị sét đánh. Trong thực tế, đó là sét lan truyền qua đường dây cáp tới các vật như điện thoại, tivi (vô tuyến), ổ cắm. Sét lan truyền xuất hiện khi nạn nhân nói chuyện điện thoại, cầm vào các dây cáp, dây anten dẫn từ ngoài vào.

Tránh sét trong nhà xưởng.

·      Khi trời sắp xảy ra dông gió, chỗ an toàn để tránh sét là toà nhà, hay công sở có lắp đặt hệ thống chống sét.

·      Khi ở trong nhà xưởng thì nên đứng xa cửa sổ, cửa ra vào, các đồ dùng điện, ...

·      Tránh các chỗ ẩm ướt như bể nước, vòi nước, ...

·      Nên hạn chế sử dụng các thiết bị điện trong lúc có dông gần xảy ra.

·      Không nên dùng điện thoại trừ trường hợp rất cần thiết. Với các đường dây điện thoại hay dây điện, vì nối với lưới bên ngoài nên rất có thể bị ảnh hưởng sét đánh lan truyền. Nên tránh xa các dây này và các vật dùng điện với khoảng cách ít nhất là 1[m]. Vô tuyến nối với dây anten để ngoài trời cũng rất cần rút ra khi có dông.

Bảo vệ chống sét. Nội dung chống sét bao gồm:

·      Bảo vệ chống sét đánh trực tiếp (đánh thẳng).

·      Bảo vệ chống sét cảm ứng (cảm ứng tĩnh điện và cảm ứng điện từ).

·      Bảo vệ chống sét lan truyền.

Các hệ thống chống sét. Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các công trình người ta sử dụng các hệ thống chống sét trực tiếp bằng cột thu lôi hoặc lưới chống sét.

Phương pháp chống sét trực tiếp dùng những thiết bị chống sét (change sét) để tạo thành một khung sườn bao phủ bên ngoài khu vực cần bảo vệ.

Có thể có hai loại hệ thống:

·      hệ thống chống sét chủ động (cấp tiến), và:

·      hệ thống chống sét thụ động (cổ điển).

Hệ thống chống sét chủ động dùng thu lôi phóng trực tiếp một luồng ion về phía đám mây, làm tăng thêm khả năng phóng điện có thể xảy ra trong đám mây. Kim thu sét được đặt tại một hoặc nhiều điểm nhô cao của công trình kiến trúc. Phạm vi bảo vệ của nó được tính toán nằm trong vòng tròn bán kính tương đương với chiều cao của vị trí đặt kim so với mặt đất.

Hệ thống chống sét thụ động là hệ thống không kích động cú sét đánh thủng. Nó không làm tăng thêm khả năng phóng điện có thể xảy ra tại khu vực cần bảo vệ như phương pháp chủ động. Một trong những hệ thống chống sét thụ động đáng tin cậy được biết dưới tên gọi là "lồng Faraday" (Faraday-Cage): một công trình kiến trúc được bao phủ trọn vẹn bởi một mạng lưới gồm những ống kim loại, và dẫn xuống một vùng rộng lớn dưới đất. Loại hệ thống này được áp dụng tại những nhà máy hoặc building có gía trị lịch sử...

Một loại hệ thống chống sét thụ động khác có tên là "đường dây trên không" (Overhead-Line). Nó gồm một hệ thống đường dây "ăng-ten" nối tại các cực của công trình cần bảo vệ và dẫn xuống đất bằng loại dây dẫn thích hợp. Hệ thống chống sét này dùng để bảo vệ các đường dây diện, các container nhỏ chứa các chất dễ cháy, trạm phân phối điện, hoặc các building nhỏ có nguy cơ bị sét đánh trực tiếp.

Để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào các công trình, thường dùng hệ thống chống sét chủ động gồm các tháp hoặc cột thu lôi có chiều cao lớn hơn độ cao của công trình cần bảo vệ. Trên đỉnh cột có gắn mũi nhọn kim loại gọi là kim thu sét. Kim này được nối với dây dẫn sét xuống đất để đi vào cọc nối đất. Không gian chung quanh cột thu lôi được bảo vệ được gọi là phạm vi bảo vệ.

Cột thu lôi có thể đặt độc lập hoặc đặt ngay trên các thiết bị cần bảo vệ có tiết diện của dây dẫn không được nhỏ hơn 50[]. Những mái nhà lợp bằng tôn không cần có thu lôi mà chỉ cần nối đất với mái tốt. Những mái nhà không dẫn điện được bảo vệ bằng lưới thép với ô kích thước (5x5)[m], mạng lưới phải nối đất tốt. Điện trở tiếp đất nhỏ hơn 4.

Hình 5.6. Hệ thống chống sét bằng cột thu lôi hoặc lưới chống sét.

Hình 5.7. Hệ thống nhiều cột thu lôi hoặc lưới chống sét.

Khi  thì: .

Khi  thì: .

Thực tế cho thấy nên dùng nhiều cột có độ cao không lớn để bảo vệ thay cho chỉ một cột cần độ cao quá lớn.

Các bộ phận của hệ thống chống sét.

Yêu cầu của hệ thống tiếp địa - là một hệ thống cọc đồng đóng sâu xuống đất:

·      Các cọc được hàn nối với nhau tạo thành một mạng lưới. Điện trở đất nên đạt vào khoảng 2[].

·      Số cọc: tùy theo điều kiện thổ nhưỡng ở vị trí đóng cọc và kích thước ngôi nhà bảo vệ mà số cọc có thể khác nhau. Thông thường nếu khoan sâu thì số cọc từ 3 cái trở lên, nếu đóng thông thường thì khoảng từ 6 cọc trở lên. Các cọc cần đóng cách nhau ít nhất là 4[m].

·      Các thiết bị kim loại dẫn từ ngoài vào trong nhà cần phải nối chung với một bảng tiếp địa thành một hệ thống đẳng thế.

Chức năng của bộ phận bảo vệ bên ngoài:

o  Hướng dòng sét đánh trực tiếp vào hệ thống kim change sét.

o  Dẫn dòng sét xuống đất thông qua hệ thống dẫn sét một cách an toàn..

o  Phân phối dòng sét vào đất thông qua hệ thống tiếp địa.

Chức năng của bộ phận bảo vệ bên trong:

o  Ngăn chặn sét đánh vào trong tòa nhà bằng thiết bị đẳng thế hoặc có khoảng cách an toàn giữa các bộ phận của hệ thống change sét và các thiết bị dẫn điện bên trong tòa nhà và trong kết cấu.

o  Bảo vệ đẳng thế giúp giảm khả năng chênh lệch điện thế do dòng sét gây nên.

o  Bảo vệ bằng cách kết nối tất cả các thiết bị dẫn điện riêng biệt qua thiết bị change xung (SPDs).

Để bảo vệ chống sét lan truyền người ta kết hợp các giải pháp:

·      Các đoạn đường cáp điện, đường ống khi dẫn vào công trình thì đặt dưới đất.

·      Nối đất các kết cấu kim loại, vỏ cáp, dây trung tính.

·      Đặt các khe hở phóng điện ở đầu vào để kết hợp bảo vệ các thiết bị điện.